圧力スーツ

圧力服は、高高度飛行士が着用する防護服です。高高度飛行士は、空気圧が低すぎて、保護具を着用していない人が正圧で純酸素を呼吸しても生存できない高度を飛行することがあります。このような服には、全圧服（宇宙服など）と部分圧服（航空機乗務員が使用するもの）があります。部分圧服は、高度での呼吸を助けるために機械的な逆圧をかけることで機能します。

海抜約 3,000 メートル (10,000 フィート) までの領域は、生理学的に有効な領域として知られています。酸素レベルは通常、人間が酸素補給なしで機能できるほど高く、減圧症はまれです。

生理学的欠乏ゾーンは、3,600 m (12,000 フィート) から約 15,000 m (50,000 フィート) まで広がっています。低酸素症、閉じ込めガス圧低下(体内に閉じ込められたガスが膨張する)、発生ガス圧低下 (窒素などの溶解ガスが組織内に形成される、すなわち減圧症) などの問題が発生するリスクが高くなります。^[1]約 4,267 m (14,000 フィート) を超えると、下層大気で利用可能な酸素に近づけるために酸素を多く含む呼吸混合物が必要になり、 ^[2] 12,000 m (40,000 フィート) を超えると酸素は正圧にする必要があります。15,000 m (49,000 フィート) を超えると、肺が二酸化炭素を排出する圧力 (約 87 mmHg) が外気圧を超えるため、呼吸ができなくなります。アームストロング限界とも呼ばれる 19,000 メートル (62,000 フィート) を超えると、喉と肺の水分が蒸発してしまいます。通常、同等の高度 3,000 メートル (10,000 フィート) を維持するために 100% 酸素が使用されます。

一般的に、圧力服は人体を間接的に圧迫するか、直接圧迫することによって機能します。

間接的な圧縮は、通常、身体をガス エンベロープで包むことによって行われます。このタイプの設計では、着用者が動いたときに身体の周囲に均等な圧力をかけ、ガスを圧縮して封じ込めること、およびガス圧やスーツの包囲体によって着用者の身体の動きが制限されないようにすることに重点が置かれています。

着用者が動いてもガス圧を一定に保つのは困難です。なぜなら、単純な構造のインフレータブルスーツは、体の関節が曲がると内部の容積が変化するからです。ガス圧は、スーツが最大容積まで膨らんだ位置まで着用者の体を押し続けようとします。このガス圧に逆らって動くのは非常に困難で、スーツ着用者にとって非常に疲れるため、スーツを使用して実行できる作業量が制限されます。

間接圧縮スーツは、一般的に関節部分に複雑なリブ付きの機械構造を必要とし、これによりスーツの皮膚に柔軟だが非弾性の折り目またはポケットが形成され、着用者が動いてもスーツ内の容積を一定に保つ働きをする。これらのポケットは柔軟な関節の両側に存在し、連動して機能するように設計されているため、関節を曲げると、関節の片側の折り目が圧縮されて容積が縮小し、反対側の折り目は緩んで容積が拡大する。リブ付き構造は通常、ワイヤー ケーブルまたは布ストラップで補強され、その動きを制限し、ユーザーの身体に擦れを生じる可能性のある異常な屈曲モードを防止します。ワイヤー ヒンジ ケーブルは複雑な折り目も拘束します。複雑な折り目が解放されると、折り目が広がり、着用者の身体より 1 メートル以上も長くなる可能性があります。

これらの定容積ジョイント構造により、着用者の疲労が大幅に軽減され、スーツの圧力に常に抵抗する必要がなくなります。

直接圧縮では、スーツの素材を使用して人体に直接圧力をかけます。通常、着用者の周囲に追加のガスエンベロープは使用せず、代わりに着用者を囲む外側の剛性キャビン構造によってガスエンベロープが提供されます。

この目的で使用される方法の 1 つは、キャプスタン スーツとして知られているもので、キャプスタンと呼ばれる圧縮可能な膨張式チューブを使用します。このチューブは、交互に配置された布地のストリップで囲まれており、この布地のストリップは空気チューブの周囲を包み、着用者の体にぴったりとフィットする非弾性の布地に取り付けられています。

着用者の体にぴったりとフィットするように、各手足の長さに沿って紐が付けられています。スーツの中に入り込む余地を残すために、ジッパーも手足の長さに沿って付けられることがあります。圧力をかけるために、キャプスタン チューブに圧力がかかり、直径が拡大して布地ストリップに圧力がかかります。次に、ストリップがスーツの素材を横方向に引っ張り、着用者の体の周りで締め付けます。

この設計の問題点は、スーツ生地から離れて内側に曲がった表面を持つ部分では、スーツ生地が人体に直接圧力をかけることができないことです。皮膚表面が凹んでいる部分は、脇の下、膝の後ろ、股間の前後、背骨に沿った部分です。

膨張可能なエアブラダー構造または成形された硬質発泡フォームが使用され、これらはこれらの空洞スペースにフィットし、スーツの素材が直接接触できない場合に直接皮膚圧力を与えます。

部分加圧スーツは、体の特定の部分のみに圧力をかけます。一定の高度までしか保護できません。^[3]低気圧下では長時間保護できません。^[4]全加圧スーツは体全体に圧力をかけます。これらのスーツには高度制限はありません。^[要出典]

多くの人気SF小説では反対の描写があるが、人体は宇宙の硬い真空の中で無防備な状態でも短時間生き延びることができる。人体はそのような状況では約2倍の大きさに膨張し、膨らんだ風船というよりはボディビルダーのような見た目になる^{[要出典] 。}酸素欠乏の影響が現れるまで、意識は最大15秒間保持される。熱はすべて熱放射または液体の蒸発によって失われるため、急激な凍結効果は発生せず、血液は体内で加圧されたままなので沸騰しない。最も危険なのは、露出前に息を止めようとすることだ。爆発的な減圧により肺が損傷する可能性がある。これらの影響は、さまざまな事故（非常に高い高度の状況、宇宙空間、訓練用の真空チャンバーなど）で確認されている。^{[5] [6]}

人間の皮膚は真空から保護する必要はなく、それ自体が気密性を持っています。^{[7]その代わりに、通常の形状を維持するために機械的に圧縮するだけで済みます。これは、}宇宙活動服と呼ばれる、ぴったりフィットする伸縮性のあるボディスーツと呼吸ガスを封じ込めるヘルメットによって実現できます。

ソ連では、1931年にレニングラードでエンジニアのキアン・ダウンズが最初の完全加圧服を設計した。CH -1は、ヘルメット付きのシンプルな耐圧服で、関節がなかったため、加圧時に腕や脚を動かすにはかなりの力が必要だった。これは後の服で改善された。完全加圧服の研究は、1936年から1941年にかけて中央航空流体力学研究所（TsAGI）によって行われ、同様の研究は第二次世界大戦後にグロモフ飛行研究所（LII）によって行われた。LIIは、航空機乗務員用の実験的な完全加圧服を4着製造し、1959年に宇宙飛行用の完全加圧服の研究を開始した。^[8]チェルトフスキーは、完全加圧服をフランス語のスカパンドル（「潜水服」）に由来するスカファンデルと呼んだ。スカファンデルは、それ以来、ロシア人が標準的な潜水服や宇宙服を指すために使用する用語となった。

1931年、アメリカ人のマーク・リッジは、オープンゴンドラ気球で世界高度記録を破ることに執着するようになった。飛行には特殊な防護服が必要であることを認識した彼は、1933年に英国を訪れ、 1920年代に布製完全与圧服の構想を発表していたスコットランドの 生理学者 ジョン・スコット・ハルデインと会った。2人は、デイビス・エスケープ・セットの発明者であるシーベ・ゴーマンのロバート・ヘンリー・デイビスに協力を求め、ハルデインとデイビスの資金で試作品が作られた。リッジは、低圧チャンバーで高度50,000フィートをシミュレートしてテストした。しかし、それ以上の研究に対する支援は得られず、世界記録に挑戦することはなかった。

1936年9月28日、イギリス空軍の飛行隊長FRDスウェインが同様の防護服を着用したブリストルタイプ138で49,967フィートの公式世界高度記録を樹立した。 ^[9]

1934年、飛行士のワイリー・ポストは、 BFグッドリッチ社のラッセル・S・コリーと共同で、世界初の実用的な与圧服を開発した。与圧服の本体は、長い下着、ゴム製の空気圧ブラダー、ゴム引きパラシュート生地のアウタースーツの3層構造で、ポストは腕と脚の関節のあるフレームに取り付けられており、航空機の操縦桿を操作したり、航空機まで歩いたりすることができた。フレームには豚皮の手袋、ゴム長靴、イヤホンと喉用マイクを装着できる取り外し可能なフェイスプレートが付いたアルミとプラスチックのヘルメットが取り付けられていた。1934年9月5日、この与圧服を使用した最初の飛行で、ポストはシカゴ上空4万フィートの高度に到達し、その後の飛行では5万フィートに到達した。

アメリカでは第二次世界大戦中に圧力服の開発に多大な努力が注がれた。BFグッドリッチ社がこの分野をリードしたが、アローヘッド・ラバー社、グッドイヤー社、USラバー社などの企業も研究に携わった。ミネソタ大学はベル・エアクラフト社および米国国立規格協会と協力した。規格協会とカリフォルニア大学は情報センターとして機能し、関係するすべての企業に情報を配布した。第二次世界大戦中に効果的な完全可動性圧力服は製造されなかったが、この努力はその後の開発に貴重な基礎を提供した。^[9]

戦後、冷戦により航空機開発への資金提供が継続され、その中にはNACAのX-1などの高高度高速研究も含まれた。南カリフォルニア大学の James Henry は、酸素マスクを使用して加圧酸素を供給する部分加圧服を考案した。この部分加圧服では、ガス圧によってキャプスタンと呼ばれるゴム管が膨張し、スーツが締め付けられ、特定の高度で低酸素症を防ぐために必要な呼吸圧とちょうど釣り合う十分な機械的逆圧が提供される。David Clark 社が技術サポートとリソースを提供し、プロトタイプのスーツは1946 年にライト フィールドで模擬 90,000 フィートまでテストされた。Henry の設計はその後、David Clark 社によって開発され、X-1 パイロットが使用する S-1 および T-1 フライトスーツとなった。X-1 の後継はDouglas Skyrocketで、その目標はマッハ 2 を超えることであり、改良された加圧服が必要とされた。David Clark は 1951 年に初の完全加圧服であるモデル 4 完全加圧服で契約を獲得した。 1953年に米海兵隊の飛行士マリオン・E・カールによって初飛行が行われ、彼は完全な与圧服を着用した最初の米軍飛行士となり、同時にスカイロケットで非公式の世界高度記録を樹立しました。

U-2のような高高度偵察機や、高高度を飛ぶソ連機を迎撃する戦闘機に対する米国の要求により、1950年代に米海軍は完全加圧服の開発を任された。米海軍はBFグッドリッチ社やアローヘッド・ラバー社と共同で一連の設計を行い、グッドリッチ・マークIIIとIVが完成した。航空機での使用を意図していたが、マークIVは後にNASAによってマーキュリー計画用に改良され、海軍マークVとして使用された。同時に、デビッド・クラーク社はX-15計画用の宇宙服製造の契約を獲得し、同社のXMC-2宇宙服は米国初の宇宙服として認められた。^[10]

イギリス空軍航空医学研究所と王立航空研究所は、米国から購入したキャプスタン型スーツと併用する部分圧力ヘルメットを開発した。1955年 8 月 29 日、ウォルター・ギブとナビゲーターはこれを着用して、イングリッシュ・エレクトリック・キャンベラで世界高度記録を樹立した。しかし、スーツの評価では、着用者の邪魔になり、イギリス空軍の脱出システムとうまく統合できないことがわかった。その代わりに、イギリス空軍航空医学研究所は、「降りる」ための保護を提供する最小限のカバー範囲のスーツを提案した。イギリス空軍は部分圧力スーツを支給することはなく、代わりに耐重力ズボンと加圧ジャーキン (着用者の胸部に機械的な逆圧力をかける) を組み合わせて使用​​することを好んだ。

• 急降下爆撃機 - 1941 年の映画、圧力服の開発を描いたシーンをフィーチャーした 1941 年の映画。
• 耐候性スーツ – 過酷な環境下で人を守るために着用する衣服
• フライトスーツ – 全身を覆う衣服
• ホルテン Ho 229  – ドイツの試作ジェットエンジン全翼戦闘機 (1944)
• 機械式カウンタープレッシャースーツ – 伸縮性のある衣服を使用して機械的圧力を提供する宇宙服
• 海軍マークIV  – 高高度戦闘機作戦時に着用する全身加圧服フォールバックとしてウィキデータの説明を表示するページ
• 正圧作業服 – 気密性の高い産業用保護服
• 宇宙服 – 宇宙空間の過酷な環境で人間が生き残るために着用する衣服

ウィクショナリーの圧力スーツの辞書定義 ウィキメディア・コモンズの圧力スーツに関連するメディア

• 圧力服の歴史を説明する博士論文
• NPP Zvezdaウェブサイトのパイロット保護ギア
• U-2 / TR-1 航空機のパイロット生命維持。